[發明專利]一種用于鍍膜行星系統中控制圓錐形光學元件膜厚分布的擋板設計方法

有效

• 申請號: 201210255436.6
• 申請日: 2012-07-23
• 公開（公告）號: CN102787301A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李斌成;郭春;孔明東;柳存定
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: C23C14/54
• 分類號: C23C14/54
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術領域

本發明涉及光學薄膜元件制備領域，尤其是一種用于鍍膜行星系統中控制圓錐形光學元件膜厚分布的擋板設計方法。

背景技術

隨著科學技術的發展，光學系統設計日益精密。為滿足光學系統的性能指標，部分光學系統中使用了圓錐形光學元件，并在圓錐形光學元件表面鍍制具有特殊設計的光學薄膜來提高圓錐形光學元件的性能。當前用于在圓錐形光學元件上制備光學薄膜的技術主要可分為物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）。而物理氣相沉積是一種在真空條件下，通過蒸發或濺射薄膜材料，并在圓錐形光學元件表面沉積形成薄膜的工藝過程。在不采取薄膜厚度分布控制的情況下，膜料沉積在圓錐形光學元件表面形成的薄膜厚度一般具有非均勻分布。這種非均勻的薄膜厚度分布導致圓錐形光學元件無法滿足光學系統性能需求。因此，為制備高性能的圓錐形光學薄膜元件，必須嚴格控制圓錐形光學元件上的薄膜厚度分布。

傳統的光學元件上未使用擋板時的薄膜厚度分布模型是基于Knudsen法則，主要考慮了蒸發或濺射源特性和真空鍍膜機配置對薄膜厚度分布的影響，運用蒸發或濺射源與光學元件間的幾何關系計算光學元件上薄膜厚度分布。直到1999年，Villa等人提出用坐標形式刻畫光學元件上未使用擋板時的薄膜厚度分布模型，結合矢量運算，使得薄膜厚度分布理論計算更加直觀、簡便（F.Villa,and?O.Pompa,Emission?pattern?of?a?real?vapor?sources?in?high?vacuum:an?overview,Appl.Opt.38,695-703(1999)）。但是上述模型均沒有考慮蒸發或濺射薄膜材料在光學元件表面上的沉積角對光學元件薄膜厚度分布的影響。

目前，控制真空鍍膜機行星系統中光學元件上薄膜厚度分布主要采用位置固定或者運動的擋板修正薄膜厚度技術（J.B.Oliver,P.Kupinski,A.L.Rigatti,A.W.Schmid,J.C.Lambropoulos,S.Papernov,and?A.Kozlov,Large-aperture?plasma-assisted?deposition?of?inertial?confinement?fusion?laser?coatings,Appl.Opt.50,C19-C26(2011)）。盡管單軸陀螺旋轉系統（F.L.Wang,R.Crocker,and?R.Faber,Large-area?Uniformity?in?Evaporation?Coating?through?aNew?Form?of?Substrate?Motion,OSA,(2010)）和適用于離子束濺射鍍膜工藝的雙驅動行星旋轉系統（M.Gross,S.Dligatctch,and?A.Chtanov,optimization?of?coating?uniformity?in?an?ion?beam?sputtering?system?using?a?modified?planetary?rotation?method,Appl.Opt.50,C316-C320(2011)）在不使用擋板修正的情況下都可能實現大尺寸平面光學元件上的薄膜厚度分布控制，但對于圓錐形光學元件上的薄膜厚度分布控制尚沒有相關報道。

就真空鍍膜機行星系統而言，由于行星公轉/自轉可以靈活調節，圓錐形光學元件鍍膜面上任意點的位置隨機性非常高，使得圓錐形光學元件鍍膜面上任意點與蒸發或濺射源表面上任意點的連線在擋板放置平面上的投影軌跡非常復雜，進而導致擋板設計很難有解析解。傳統的用于真空鍍膜機行星系統中控制光學元件上薄膜厚度分布的擋板設計方法主要是依靠鍍膜經驗通過大量的工藝實驗反復優化擋板設計來滿足特定的薄膜厚度分布，這種設計擋板的過程非常長，一般至少需要數次甚至十幾次的實驗。

發明內容

本發明的技術解決問題：克服現有未使用擋板時的薄膜厚度分布模型以及控制真空鍍膜機行星系統中圓錐形光學元件上薄膜膜厚分布的擋板設計方法的不足，提供一種用于鍍膜行星系統中控制圓錐形光學元件膜厚分布的擋板設計方法，能實現圓錐形光學元件上薄膜厚度分布的精確控制。